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研究活動

21世紀に入って原子層レベルでの合金構造の制御と、ナノメーター(髪の毛の10万分の1程度)規模での素子作製を行うことができるようになった。こうした微細な世界では我々の日常とは違って、量子力学が電子やスピンの動きを制御する。これらを組み合わせることで新たな材料や素子を開発し、持続可能な社会に貢献することを目指している。

量子ナノエレクトロニクス研究分野｜廣畑教授

• 新奇磁性材料の開発
• 量子ナノエレクトロニクス素子開発
• ナノエレクトロニクス素子の非破壊観察

1. 新奇磁性材料の開発
   エレクトロニクスにおいて情報は電子によって伝達される。電子には上向きと下向きの2種類のスピンがあり、それらを使うことで、情報容量の増大や量子コンピュータなどへの応用が可能になる。その際の課題は、素子に組み込めるようなナノメートル厚の薄膜で、一方のスピンのみを安定して生成する材料が未だに作られていないことである。そこで我々はホイスラー合金と呼ばれる材料に着目して、機械学習などによる予測と原子層レベルでの成膜制御技術を組み合わせて、新しい磁性材料の開発を目指している。
2. 量子ナノエレクトロニクス素子開発
   量子力学が支配するナノメートルの世界では、電子スピンの閉じ込めが実現できなくなり、重ね合わせや干渉など不思議な現象が多く観測される。我々は新たな材料を使って高効率にこうした現象を実現する素子の開発を目指している。そのために電子線描画装置をはじめとする微細加工技術と原子層レベルでの成膜制御技術を組み合わせて、欠陥や乱れの少ない素子作製手法の開発と評価を行っている。
3. ナノエレクトロニクス素子の非破壊観察
   ナノメートルの分解能で材料や素子を観察するためには、それらの断面を100ナノメートル以下に削り出して、透過型電子顕微鏡で観察することが一般的である。しかしながらその過程で新たな欠陥が入ることもあり、非破壊での高分解能観察が求められている。そこで我々は走査型電子顕微鏡において加速電圧を制御することで電子の侵入長を変化させて、素子が動作している条件において数ナノメートル分解能での観察手法を確立した。この手法を使って、さらなる材料や素子の改良を進めていく。